ИСТИНА

Целью данного проекта является синтез и всестороннее исследование новых слоистых железосодержащих сверхпроводников семейств 122 и 111. Основываясь на широких возможностях изо- и гетеровалентного замещения, будут синтезированы наиболее интересные представители этих семейств, для которых сверхпроводимость достигается за счет “дырочного допирования” проводящего слоя: AE(1-x)AxFe2As2 и NaxFeAs, (AE=Ca, Sr, Ba; A= Na, K, Rb, Cs), “электронного допирования”: (Ln,AE)Fe2As2 и AxFe2-ySe2, а также “химического давления”: AEFe2(As,P)2. Для некоторых из этих составов впервые будет предпринята попытка частичного замещения железа или щелочного металла на другие 3d-металлы (Mn, Co, Ni, Zn). Во всех случаях будет осуществлен целенаправленный поиск оптимального состава и уровня допирования образцов, отвечающих максимальным значениям температуры их перехода в сверхпроводящее состояние. Использование разнообразных синтетических подходов (твердофазный синтез, синтез из раствора в расплаве олова или расплава собственных компонентов – “self flax”) позволит осуществить синтез данных веществ как в поликристаллическом виде, так и в форме монокристаллов. Элементный и фазовый составы полученных соединений будут охарактеризованы методами рентгеновской дифракции и электронной микроскопии с локальным рентгеноспектральным анализом. Структурные, магнитные и электрические фазовые переходы, а также сверхпроводящие свойства будут изучены путем измерения температурных зависимостей теплоемкости, намагниченности и магнитной восприимчивости исследуемых образцов. Особая роль в данном проекте отводится применению мессбауэровской спектроскопии (МС) на ядрах 57Fe –“тонкого” инструмента, позволяющего охарактеризовать локальное окружение, валентное, магнитное и электронное состояния атомов железа, формирующих активные сверхпроводящие слои. Данный недеструктивный метод также будет использоваться для проведения фазовой идентификации микроколичеств железосодержащих примесных фаз. Комбинированное использование данных МС и других методов диагностики позволит установить взаимосвязь между составом, макро-, микроструктурой и сверхпроводящими свойствами полученных слоистых железосодержащих сверхпроводников.

Одно из главных достижений проекта - детальное исследование локальной структуры и магнитных взаимодействий в ферроарсениде натрия NaFeAs, выполненное методом МС. В результате проведенного исследования было показано, что переход в магнитоупорядоченное состояние (TN=46K) является переходом первого рода и сопровождается существенным перераспределением электронов между 3d-орбиталями катионов Fe2+. Также было установлено, что наблюдаемое в NaFeAs сочетание магнитных и СП свойств может быть объяснено как результат фазового расслоения с образованием немагнитных микрообластей, проявляющих сверхпроводящие свойства, а также магнитных слабопроводящих микродоменов. Возможности метода МС были также убедительно продемонстрированы при исследовании магнитной структуры фосфида железа FeP – удобного прекурсора при получении железосодержащих сверхпроводников с частичным замещением As на P. В результате проведенного исследования было впервые показано, что в FeP реализуется сложная ассиметричная и несоразмерная магнитная геликоидная структура. Исследование возможностей замещения в семействе 111 показало, что в образцах LiFeAs реализуется уникальный вариант замещения лития на такие 3d-металлы, как Fe и Mn. Методами МС и измерением T-зависимости магнитной восприимчивости установлено, что при малых уровнях замещения (x<0.05) образцы Li1-xMnxFeAs проявляют СП свойства, а при более высоких происходит антиферромагнитное упорядочение. Для другого представителя семейства 111 - ферроарсенида натрия получены как известные, так и новые производные Na(Fe,T)As (T=Co, Rh, Ni, Pd, Cr, Mn) - продукты замещения железа на ряд 3d-и 4d-элементов. Проведено всестороннее исследование влияния замещения на их структурные характеристики и физические свойства. Значительное внимание было уделено изучению представителей семейств 122. Так, впервые проведенное исследование микроструктуры ферроселенида рубидия RbxFe2-ySe2, выполненное методами электронной дифракции и электронной микроскопии высокого разрешения выявило ранее неизвестные структурные особенности, отличающие сверхпроводящий (СП) образец от несверхпроводящего. Были разработаны методы синтеза ранее неизвестных представителей СП семейств 122(As) и 122(Se), ферроарсенидов и ферроселендов натрия-калия. Проведено всестороннее изучение их структурных особенностей и физических свойств. Показано, что замещение калия на натрий оказывает принципиально различное влияние на структурные и физические свойства соединений. Так, изучение Т- и полевой зависимостей удельной теплоемкости образцов NaxK1-xFe2As2 показало, что в отличие от подавляющего большинства известных железосодержащих сверхпроводников эти образцы проявляют не s- а d- характер сверхпроводящей щели. Разработан метод синтеза ферроселенида стронция с частичным замещением мышьяка на фосфор SrFe2(As1-xPx)2. Поликристаллический образец с оптимальной степенью замещения x=0.33 был впервые изучен методом МС спектроскопии. Результаты, полученные в ходе выполнения проекта убедительно показали высокую эффективность метода мессбауэровской спектроскопии на ядрах 57Fe применительно к решению разнообразных задач, связанных с изучением состава, микроструктуры, фазового состояния, электроннного и магнитного упорядочения в железосодержащих сверхпроводниках.